Химические реакции обнаруживаются по различным сопровождающим их явлениям.
Разогревание смеси веществ, свечение, световые вспышки, взрывы. Нетрудно понять, что все это результат выделения энергии. Химические реакции следует проводить с большой осторожностью, защищая в первую очередь глаза, держа сосуды с веществами на максимальном удалении от лица. Если результат реакции заранее не известен, то проводят опыты с очень малыми количествами веществ. Работы с летучими, ядовитыми, сильно пахнущими веществами нельзя проводить в закрытых помещениях без хорошей вытяжной вентиляции (тяги).
ОПЫТ 2.1. В толстостенную пробирку (рис. 2.1) помещают немного брома Вг 2 (тяжелой краснобурой жидкости с резким запахом) и алюминиевую стружку. Пробирку закрывают пробкой с длинной трубкой. Реакция идет сначала медленно, и изменения не заметны. Постепенно она ускоряется и заканчивается яркой вспышкой. Смесь разогревается, пары непрореагировавшего избытка брома поднимаются высоко по трубке. Уравнение реакции:
Изменение окраски. Вполне естественно, что исходные вещества и продукты реакции характеризуются разными свойствами, в том числе они могут иметь совершенно разную окраску. Изменение окраски можно продемонстрировать многими интересными опытами.
ОПЫТ 2.2. В пробирку с разбавленным раствором аммиака добавляют 3-5 капель раствора сульфата меди CuS0 4 . Появляется интенсивная фиолетовая окраска вследствие образования нового вещества:
Выделение газа. Газообразные вещества в качестве продуктов реакции могут выделяться из растворов, а также из расплавленных и твердых смесей. К поверхности жидкости поднимается множество пузырьков газа. Происходит разбрызгивание жидкости, чего следует остерегаться. Иногда образуется пена. При выполнении таких опытов сосуды нельзя плотно закрывать.
ОПЫТ 2.3. В пробирку помещают кристаллический нитрат натрия NaNOg слоем около 5 мм. Осторожно нагревают в пламени газовой горелки до плавления (308 °С). Начинается выделение пузырьков газа, в котором загорается тлеющая лучинка. Этим доказывается, что выделяющийся газ - кислород. Из 0,5 г NaN0 3 выделяется более 60 см 3 кислорода:
Рис. 2.1. Прибор для проведения реакции алюминия с бромом
Рис. 2.2. Прибор для получения газа
Для сбора газа в виде индивидуального вещества применяют различные приборы, один из которых показан на рис. 2.2. С образованием или поглощением газообразных веществ связано появление и исчезновение запаха. Это также практически важный признак протекания химических реакций.
опыт 2.4. В фарфоровой ступке растирают порошок гидроксида кальция Са(ОН) 2 с хлоридом аммония NH 4 C1. Появляется запах аммиака:
Образование осадков. Химические реакции в растворах часто приводят к образованию веществ, нерастворимых в воде или других жидкостях. Обычно рассматриваются реакции в водных растворах.
опыт 2.5. К раствору нитрата свинца Pb(N0 3) 2 добавляют раствор хромата калия К 2 Сг0 4 желтого цвета. Появляется нерастворимое ярко-желтое вещество хромат свинца РЬСг0 4 , оседающее на дно сосуда. Это вещество применяется в качестве пигмента - желтый крон.
задание 2.1. Какие условия способствуют протеканию химических реакций? Для ответа используйте данные приведенных примеров, а также свои наблюдения и предположения.
задание 2.2. В две пробирки с раствором нитрата свинца добавили раствор хромата калия, не измеряя объема. После оседания хромата свинца на дно раствор в одной из пробирок оказался желтым, а в другой бесцветным. Что будет наблюдаться при повторном добавлении в пробирки раствора хромата калия?
Классификация химических реакций
Рассмотрим классификацию химических реакций по изменению числа и состава исходных веществ и продуктов реакции.
Реакции соединения. Из двух исходных веществ может образоваться один продукт. Превращение такого типа называется реакцией соединения.
Смесь серого порошка цинка и желтого порошка серы при достаточном нагревании на железной пластинке сама начинает раскаляться до светло-красного свечения. Часть серы испаряется. После окончания реакции продукт остывает и превращается в белую массу сульфида цинка ZnS:
Реакции этого типа возможны как между простыми, так и между сложными веществами. Белый порошок оксида кальция, или негашеная известь СаО, при смешении с водой разогревается, превращаясь в рыхлую белую массу - гидроксид кальция Са(ОН) 2 , или гашеную известь:
Реакции разложения. Вещество при изменении условий может превратиться в два или несколько новых веществ. Соответствующие реакции называются реакциями разложения.
Голубой порошок гидроксида меди Си(ОН) 2 или осадок этого вещества в пробирке с раствором при несильном нагревании (70-90 °С) чернеет, превращаясь в оксид меди СиО:
Есть и очень неустойчивые вещества, разлагающиеся при самом незначительном нагревании, а также существующие лишь при пониженных температурах.
Хлорид свинца (IV) РbС1 4 при комнатной температуре представляет собой желтую жидкость. При слабом нагревании он разлагается со взрывом, превращаясь в хлорид свинца(П):
Реакции замещения. Атомы или группы атомов, составляющие один из реагентов, могут замещать некоторые из атомов в другом реагенте. Такое взаимодействие веществ называют реакцией замещения.
опыт 2.6. Железо в виде опилок или небольшого изделия (гвоздик, скрепка), опущенное в соляную кислоту (раствор хлороводорода НС1 в воде), замещает водород, образуя бледно-зеленый раствор хлорида железа(И):
Выделяющийся водород можно собрать, применяя прибор, показанный на рис. 2.2, но заменив большую склянку на пробирку. При приближении зажженной спички к пробирке водород мгновенно сгорает - раздается характерный свистящий звук.
При сильном нагревании смеси соды Na 2 C0 3 с белым кварцевым песком Si0 2 происходит замещение группы С0 2 , выделяющейся в виде углекислого газа, на группу Si0 2:
После прокаливания остается белый силикат натрия.
Реакции обмена. Реагенты могут обмениваться атомами или группами атомов, и такое взаимодействие называется реакцией обмена.
Выделение осадка из раствора очень часто происходит в результате обмена. При смешении бесцветных растворов хлорида бария ВаС1 2 и сульфата магния MgS0 4 образуется белая взвесь (суспензия) нерастворимого в воде сульфата бария BaS0 4 , который
постепенно осаждается на дно пробирки. Над осадком бесцветный раствор хлорида магния:
Реакцию образования сульфата бария часто применяют для анализа (испытания) растворов на присутствие соединений химического элемента бария.
задание 2 .3. Определите, к какому типу относится реакция между нитратом свинца и хроматом калия (с. 45).
задание 2.4. Найдите в изученном материале другие примеры реакций обмена.
Реакции переноса. Есть химические реакции, характеризующиеся тем, что атом или группа атомов переходит от структурной единицы одного вещества к структурной единице другого вещества. Они называются реакциями переноса.
ОПЫТ 2 .7. К нерастворимому в воде белому порошку хлорида серебра AgCl добавляют бесцветный раствор хлорида олова(II) SnCl 2 . Смесь чернеет вследствие образования мелких крупинок серебра. Атомы хлора переходят от хлорида серебра к хлориду олова:
Реакция переноса может идти как реальная транспортировка частиц от одного вещества к другому. Если в особый сосуд эксикатор (рис. 2.3) в открытых чашках поместить голубые кристаллы медного купороса CuS0 4 5Н 2 0 и белый порошок оксида фосфора Р 2 0 5 , то через несколько дней кристаллы белеют, теряя воду, а оксид фосфо-
Рис. 2.3. Эксикатор с веществами, участвующими в переносе воды
pa реагирует с ней, превращаясь в метафосфорную кислоту:
Вода переносится в виде пара через воздушное пространство в эксикаторе.
ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ
1. Приведите собственные примеры реакций, сопровождающихся характерными явлениями.
2. К каким типам относятся реакции, рассмотренные в разделе 2.1?
3. Карбонат аммония (NH 4) 2 C0 3 , порошок белого цвета, имеет слабый запах аммиака. На открытом воздухе вещество постепенно исчезает, разлагаясь на газообразные вещества. Напишите уравнение реакции.
4. К какому типу относятся следующие реакции:
Химические реакции следует отличать от ядерных реакций. В результате химических реакций общее число атомов каждого химического элемента и его изотопный состав не меняются. Иное дело ядерные реакции - процессы превращения атомных ядер в результате их взаимодействия с другими ядрами или элементарными частицами, например превращение алюминия в магний:
27 13 Аl + 1 1 Н = 24 12 Мg + 4 2 Не
Классификация химических реакций многопланова, то есть в ее основу могут быть положены различные признаки. Но под любой из таких признаков могут быть отнесены реакции как между неорганическими, так и между органическими веществами.
Рассмотрим классификацию химических реакций по различным признакам.
I. По числу и составу реагирующих веществ
Реакции, идущие без изменения состава веществ.
В неорганической химии к таким реакциям можно отнести процессы получения аллотропных модификаций одного химического элемента, например:
С (графит) ↔ С (алмаз)
S (ромбическая) ↔ S (моноклинная)
Р (белый) ↔ Р (красный)
Sn (белое олово) ↔ Sn (серое олово)
3O 2 (кислород) ↔ 2O 3 (озон)
В органической химии к этому типу реакций могут быть отнесены реакции изомеризации, которые идут без изменения не только качественного, но и количественного состава молекул веществ, например:
1. Изомеризация алканов.
Реакция изомеризации алканов имеет большое практическое значение, так как углеводороды изостроения обладают меньшей способностью к детонации.
2. Изомеризация алкенов.
3. Изомеризация алкинов (реакция А. Е. Фаворского).
CH 3 - CH 2 - С= - СН ↔ СН 3 - С= - С- СН 3
этилацетилен диметнлацетилен
4. Изомеризация галогеналканов (А. Е. Фаворский, 1907 г.).
5. Изомеризация цианита аммония при нагревании.
Впервые мочевина была синтезирована Ф. Велером в 1828 г. изомеризацией цианата аммония при нагревании.
Реакции, идущие с изменением состава вещества
Можно выделить четыре типа таких реакций: соединения, разложения, замещения и обмена.
1. Реакции соединения - это такие реакции, при которых из двух и более веществ образуется одно сложное вещество
В неорганической химии все многообразие реакций соединения можно рассмотреть, например, на примере реакций получения серной кислоты из серы:
1. Получение оксида серы (IV):
S + O 2 = SO - из двух простых веществ образуется одно сложное.
2. Получение оксида серы (VI):
SO 2 + 0 2 → 2SO 3 - из простого и сложного веществ образуется одно сложное.
3. Получение серной кислоты:
SO 3 + Н 2 O = Н 2 SO 4 - из двух сложных веществ образуется одно сложное.
Примером реакции соединения, при которой одно сложное вещество образуется из более чем двух исходных, может служить заключительная стадия получения азотной кислоты:
4NО 2 + O 2 + 2Н 2 O = 4НNO 3
В органической химии реакции соединения принято называть «реакциями присоединения». Все многообразие таких реакций можно рассмотреть на примере блока реакций, характеризующих свойства непредельных веществ, например этилена:
1. Реакция гидрирования - присоединения водорода:
CH 2 =CH 2 + Н 2 → Н 3 -СН 3
этен → этан
2. Реакция гидратации - присоединения воды.
3. Реакция полимеризации.
2. Реакции разложения - это такие реакции, при которых из одного сложного вещества образуется несколько новых веществ.
В неорганической химии все многообразие таких реакций можно рассмотреть на блоке реакций получения кислорода лабораторными способами:
1. Разложение оксида ртути(II) - из одного сложного вещества образуются два простых.
2. Разложение нитрата калия - из одного сложного вещества образуются одно простое и одно сложное.
3. Разложение перманганата калия - из одного сложного вещества образуются два сложных и одно простое, то есть три новых вещества.
В органической химии реакции разложения можно рассмотреть на блоке реакций получения этилена в лаборатории и в промышленности:
1. Реакция дегидратации (отщепления воды) этанола:
С 2 H 5 OH → CH 2 =CH 2 + H 2 O
2. Реакция дегидрирования (отщепление водорода) этана:
CH 3 -CH 3 → CH 2 =CH 2 + H 2
или СН 3 -СН 3 → 2С + ЗН 2
3. Реакция крекинга (расщепления) пропана:
CH 3 -СН 2 -СН 3 → СН 2 =СН 2 + СН 4
3. Реакции замещения - это такие реакции, в результате которых атомы простого вещества замещают атомы какого-нибудь элемента в сложном веществе.
В неорганической химии примером таких процессов может служить блок реакций, характеризующих свойства, например, металлов:
1. Взаимодействие щелочных или щелочноземельных металлов с водой:
2Na + 2Н 2 O = 2NаОН + Н 2
2. Взаимодействие металлов с кислотами в растворе:
Zn + 2НСl = ZnСl 2 + Н 2
3. Взаимодействие металлов с солями в растворе:
Fе + СuSO 4 = FеSO 4 + Сu
4. Металлотермия:
2Аl + Сr 2 O 3 → Аl 2 O 3 + 2Сr
Предметом изучения органической химии являются не простые вещества, а только соединения. Поэтому как пример реакции замещения приведем наиболее характерное свойство предельных соединений, в частности метана, - способность его атомов водорода замещаться на атомы галогена. Другой пример - бромирование ароматического соединения (бензола, толуола, анилина).
С 6 Н 6 + Вr 2 → С 6 Н 5 Вr + НВr
бензол → бромбензол
Обратим внимание на особенность реакции замещения у органических веществ: в результате таких реакций образуются не простое и сложное вещество, как в неорганической химии, а два сложных вещества.
В органической химии к реакциям замещения относят и некоторые реакции между двумя сложными веществами, например нитрование бензола. Она формально является реакцией обмена. То, что это реакция замещения, становится понятным только при рассмотрении ее механизма.
4. Реакции обмена - это такие реакции, при которых два сложных вещества обмениваются своими составными частями
Эти реакции характеризуют свойства электролитов и в растворах протекают по правилу Бертолле, то есть только в том случае, если в результате образуется осадок, газ или малодиссоциирующее вещество (например, Н 2 O).
В неорганической химии это может быть блок реакций, характеризующих, например, свойства щелочей:
1. Реакция нейтрализации, идущая с образованием соли и воды.
2. Реакция между щелочью и солью, идущая с образованием газа.
3. Реакция между щелочью и солью, идущая с образованием осадка:
СuSO 4 + 2КОН = Сu(ОН) 2 + К 2 SO 4
или в ионном виде:
Сu 2+ + 2OН - = Сu(ОН) 2
В органической химии можно рассмотреть блок реакций, характеризующих, например, свойства уксусной кислоты:
1. Реакция, идущая с образованием слабого электролита - Н 2 O:
СН 3 СООН + NаОН → Nа(СН3СОО) + Н 2 O
2. Реакция, идущая с образованием газа:
2СН 3 СООН + СаСO 3 → 2СН 3 СОО + Са 2+ + СO 2 + Н 2 O
3. Реакция, идущая с образованием осадка:
2СН 3 СООН + К 2 SO 3 → 2К(СН 3 СОО) + Н 2 SO 3
2СН 3 СООН +SiO → 2СН 3 СОО + Н 2 SiO 3
II. По изменению степеней окисления химических элементов, образующих вещества
По этому признаку различают следующие реакции:
1. Реакции, идущие с изменением степеней окисления элементов, или окислительно-восстановительные реакции.
К ним относится множество реакций, в том числе все реакции замещения, а также те реакции соединения и разложения, в которых участвует хотя бы одно простое вещество, например:
1. Mg 0 + H + 2 SO 4 = Mg +2 SO 4 + H 2
2. 2Mg 0 + O 0 2 = Mg +2 O -2
Сложные окислительно-восстановительные реакции составляются с помощью метода электронного баланса.
2KMn +7 O 4 + 16HCl - = 2KCl - + 2Mn +2 Cl - 2 + 5Cl 0 2 + 8H 2 O
В органической химии ярким примером окислительно-восстановительных реакций могут служить свойства альдегидов.
1. Они восстанавливаются в соответствующие спирты:
Альдекиды окисляются в соответствующие кислоты:
2. Реакции, идущие без изменения степеней окисления химических элементов.
К ним, например, относятся все реакции ионного обмена, а также многие реакции соединения, многие реакции разложения, реакции этерификации:
НСООН + CHgOH = НСООСН 3 + H 2 O
III. По тепловому эффекту
По тепловому эффекту реакции делят на экзотермические и эндотермические.
1. Экзотермические реакции протекают с выделением энергии.
К ним относятся почти все реакции соединения. Редкое исключение составляют эндотермические реакции синтеза оксида азота(II) из азота и кислорода и реакция газообразного водорода с твердым иодом.
Экзотермические реакции, которые протекают с выделением света, относят к реакциям горения. Гидрирование этилена - пример экзотермической реакции. Она идет при комнатной температуре.
2. Эндотермические реакции протекают с поглощением энергии.
Очевидно, что к ним будут относиться почти все реакции разложения, например:
1. Обжиг известняка
2. Крекинг бутана
Количество выделенной или поглощенной в результате реакции энергии называют тепловым эффектом реакции, а уравнение химической реакции с указанием этого эффекта называют термохимическим уравнением:
Н 2(г) + С 12(г) = 2НС 1(г) + 92,3 кДж
N 2(г) + O 2(г) = 2NO(г) - 90,4 кДж
IV. По агрегатному состоянию реагирующих веществ (фазовому составу)
По агрегатному состоянию реагирующих веществ различают:
1. Гетерогенные реакции - реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в разных агрегатных состояниях (в разных фазах).
2. Гомогенные реакции - реакции, в которых реагирующие вещества и продукты реакции находятся в одном агрегатном состоянии (в одной фазе).
V. По участию катализатора
По участию катализатора различают:
1. Некаталитические реакции, идущие без участия катализатора.
2. Каталитические реакции, идущие с участием катализатора. Так как все биохимические реакции, протекающие в клетках живых организмов, идут с участием особых биологических катализаторов белковой природы - ферментов, все они относятся к каталитическим или, точнее, ферментативным. Следует отметить, что более 70% химических производств используют катализаторы.
VI. По направлению
По направлению различают:
1. Необратимые реакции протекают в данных условиях только в одном направлении. К ним можно отнести все реакции обмена, сопровождающиеся образованием осадка, газа или малодиссоциирующего вещества (воды) и все реакции горения.
2. Обратимые реакции в данных условиях протекают одновременно в двух противоположных направлениях. Таких реакций подавляющее большинство.
В органической химии признак обратимости отражают названия - антонимы процессов:
Гидрирование - дегидрирование,
Гидратация - дегидратация,
Полимеризация - деполимеризация.
Обратимы все реакции этерификации (противоположный процесс, как вы знаете, носит название гидролиза) и гидролиза белков, сложных эфиров, углеводов, полинуклеотидов. Обратимость этих процессов лежит в основе важнейшего свойства живого организма - обмена веществ.
VII. По механизму протекания различают:
1. Радикальные реакции идут между образующимися в ходе реакции радикалами и молекулами.
Как вы уже знаете, при всех реакциях происходит разрыв старых и образование новых химических связей. Способ разрыва связи в молекулах исходного вещества определяет механизм (путь) реакции. Если вещество образовано за счет ковалентной связи, то могут быть два способа разрыва этой связи: гемолитический и гетеролитический. Например, для молекул Сl 2 , СН 4 и т. д. реализуется гемолитический разрыв связей, он приведет к образованию частиц с неспаренными электронами, то есть свободных радикалов.
Радикалы чаще всего образуются, когда разрываются связи, при которых общие электронные пары распределены между атомами примерно одинаково (неполярная ковалентная связь), однако многие полярные связи также могут разрываться подобным же образом, в частности тогда, когда реакция проходит в газовой фазе и под действием света, как, например, в случае рассмотренных выше процессов - взаимодействия С 12 и СН 4 - . Радикалы очень реакционноспособны, так как стремятся завершить свой электронный слой, забрав электрон у другого атома или молекулы. Например, когда радикал хлора сталкивается с молекулой водорода, то он вызывает разрыв общей электронной пары, связывающей атомы водорода, и образует ковалентную связь с одним из атомов водорода. Второй атом водорода, став радикалом, образует общую электронную пару с неспаренным электроном атома хлора из разрушающейся молекулы Сl 2 , в результате чего возникает радикал хлора, который атакует новую молекулу водорода и т. д
Реакции, представляющие собой цепь последовательных превращений, называют цепными реакциями.
За разработку теории цепных реакций два выдающихся химика - наш соотечественник Н. Н. Семенов и англичанин С. А. Хиншелвуд были удостоены Нобелевской премии.
Аналогично протекает и реакция замещения между хлором и метаном:
По радикальному механизму протекают большинство реакций горения органических и неорганических веществ, синтез воды, аммиака, полимеризация этилена, винилхлорида и др.
2. Ионные реакции идут между уже имеющимися или образующимися в ходе реакции ионами.
Типичные ионные реакции - это взаимодействие между электролитами в растворе. Ионы образуются не только при диссоциации электролитов в растворах, но и под действием электрических разрядов, нагревания или излучений. γ-Лучи, например, превращают молекулы воды и метана в молекулярные ионы.
По другому ионному механизму происходят реакции присоединения к алкенам галогеноводородов, водорода, галогенов, окисление и дегидратация спиртов, замещение спиртового гидроксила на галоген; реакции, характеризующие свойства альдегидов и кислот. Ионы в этом случае образуются при гетеролитическом разрыве ковалентных полярных связей.
VIII. По виду энергии,
инициирующей реакцию, различают:
1. Фотохимические реакции. Их инициирует световая энергия. Кроме рассмотренных выше фотохимических процессов синтеза НСl или реакции метана с хлором, к ним можно отнести получение озона в тропосфере как вторичного загрязнителя атмосферы. В роли первичного в этом случае выступает оксид азота(IV), который под действием света образует радикалы кислорода. Эти радикалы взаимодействуют с молекулами кислорода, в результате чего получается озон.
Образование озона идет все время, пока достаточно света, так как NO может взаимодействовать с молекулами кислорода с образованием того же NO 2 . Накопление озона и других вторичных загрязнителей атмосферы может привести к появлению фотохимического смога.
К этому виду реакций принадлежит и важнейший процесс, протекающий в растительных клетках, - фотосинтез, название которого говорит само за себя.
2. Радиационные реакции. Они инициируются излучениями большой энергии - рентгеновскими лучами, ядерными излучениями (γ-лучами, а-частицами - Не 2+ и др.). С помощью радиационных реакций проводят очень быструю радиополимеризацию, радиолиз (радиационное разложение) и т. д.
Например, вместо двухстадийного получения фенола из бензола его можно получать взаимодействием бензола с водой под действием радиационных излучений. При этом из молекул воды образуются радикалы [ OН] и [ H ], с которыми и реагирует бензол с образованием фенола:
С 6 Н 6 + 2[ОН] → С 6 Н 5 ОН + Н 2 O
Вулканизация каучука может быть проведена без серы с использованием радиовулканизации, и полученная резина будет ничуть не хуже традиционной.
3. Электрохимические реакции. Их инициирует электрический ток. Помимо хорошо известных вам реакций электролиза укажем также реакции электросинтеза, например, реакции промышленного получения неорганических окислителей
4. Термохимические реакции. Их инициирует тепловая энергия. К ним относятся все эндотермические реакции и множество экзотермических реакций, для начала которых необходима первоначальная подача теплоты, то есть инициирование процесса.
Рассмотренная выше классификация химических реакций отражена на схеме.
Классификация химических реакций, как и все другие классификации, условна. Ученые договорились разделить реакции на определенные типы по выделенным ими признакам. Но большинство химических превращений можно отнести к разным типам. Например, составим характеристику процесса синтеза аммиака.
Это реакция соединения, окислительно-восстановительная, экзотермическая, обратимая, каталитическая, гетерогенная (точнее, гетерогенно-каталитическая), протекающая с уменьшением давления в системе. Для успешного управления процессом необходимо учитывать все приведенные сведения. Конкретная химическая реакция всегда многокачественна, ее характеризуют разные признаки.
Тип урока : приобретение новых знаний.
Вид урока : беседа с демонстрацией опытов.
Цели:
Обучающие - повторить отличия химических явлений от физических. Сформировать знания о признаках и условиях протекания химических реакций.
Развивающие - развивать умения, опираясь на знание химии, ставить несложные проблемы, формулировать гипотезы., обобщать.
Воспитательные – продолжить формирование научного мировоззрения учащихся, воспитывать культуру общения через работу в парах «ученик-ученик», «ученик-учитель», а также наблюдательность, внимание, пытливость, инициативу.
Методы и методические приемы : Беседа, демонстрация опытов; заполнение таблицы, химический диктант, самостоятельная работа с карточками.
Оборудование и реактивы . Лабораторный штатив с пробирками, железная ложечка для сжигания веществ, пробирка с газоотводной трубкой, спиртовка, спички, растворы хлорида железа FeCL 3 , роданида калия KNCS, медного купороса (сульфат меди) CuSO 4 , гидрооксида натрия NaOH, карбоната натрия Na 2 CO 3 , соляной кислоты HCL,порошок S.
Ход урока
Учитель. Мы изучаем главу «Изменения, происходящие с веществами» и знаем что изменения могут быть физическими и химическими. В чём отличие химического явления от физического?
Ученик. В результате химического явления изменяется состав вещества, а в результате физического явления состав вещества остается без изменения, а меняется лишь его агрегатное состояние или форма и размеры тел.
Учитель. В одном и том же опыте можно одновременно наблюдать химические и физические явления. Если медную проволоку расплющить молотком, то получится медная пластинка. Изменяется форма проволоки, но состав её остаётся прежним. Это физическое явление. Если медную пластинку нагреть на сильном огне, то исчезнет металлический блеск. Поверхность медной пластинки покроется чёрным налётом, который можно соскрести ножом. Значит, медь взаимодействует с воздухом и превращается в новое вещество. Это химическое явление. Между металлом и кислородом воздуха происходит химическая реакция.
Химический диктант
Вариант 1
Задание. Укажите о каких явлениях (физических или химических) идет речь. Поясните свой ответ.
1. Сгорание бензина в двигателе автомобиля.
2. Приготовление порошка из куска мела.
3. Гниение растительных остатков.
4. Скисание молока.
5. Выпадение дождя
Вариант 2
1. Горение угля.
2. Таяние снега.
3. Образование ржавчины.
4. Образование инея на деревьях.
5. Свечение вольфрамовой нити в лампочке.
Критерии оценивания
Максимально можно набрать 10 баллов (по 1 баллу за правильно указанное явление и по 1 баллу за обоснование ответа).
Учитель. Итак, вам известно, что все явления подразделяются на физические и химические. В отличие от физических явлений при химических явлениях, или химических реакциях, происходит превращение одних веществ в другие. Эти превращения сопровождаются внешними признаками. Для того чтобы познакомить вас с химическими реакциями, я проведу ряд демонстрационных опытов. Вам нужно определить признаки, по которым можно сказать, что произошла химическая реакция. Обратите внимание на то, какие условия необходимы для протекания этих химических реакций.
Демонстрационный опыт №1
Учитель. В первом опыте нужно выяснить, что происходит с хлоридом железа (111) при добавлении к нему раствора роданида калия KNCS.
FeCL 3 + KNCS = Fe(NCS) 3 +3 KCL
Ученик. Реакция сопровождается изменением окраски
Демонстрационный опыт №2
Учитель. В пробирку нальём 2 мл медного купороса, добавим немного раствора гидрооксида натрия.
CuSO 4 + 2 NaOH = Cu (OH) 2↓ +Na 2 SO 4
Ученик . Выпадает осадок голубого цвета Cu (OH) 2↓
Демонстрационный опыт №3
Учитель. К полученному раствору Cu (OH) 2↓ добавить раствор кислоты HCL
Cu (OH) 2↓ + 2 HCL = CuCL 2 +2 HOH
Ученик . Осадок растворяется.
Демонстрационный опыт №4
Учитель. В пробирку с раствором карбоната натрия прильём раствор соляной кислоты HCL.
Na 2 CO 3 +2 HCL = 2 NaCL + H 2 O + CO 2
Ученик . Выделяется газ.
Демонстрационный опыт №5
Учитель. Подожжем в железной ложечке немного серы. Образуется сернистый газ-оксид серы (4) - SO 2.
S + O 2 = SO 2
Ученик. Сера загорается синеватым пламенем, даёт обильный едкий дым, выделяется тепло и свет.
Демонстрационный опыт №6
Учитель. Реакция разложения пермангата калия - реакция получение и распознавания кислорода.
Ученик. Выделяется газ.
Учитель. Эта реакция идет при постоянном нагреве, стоит его прекратить, как прекращается и реакция (кончик газоотводной трубки прибора, где получали кислород, опущен в пробирку с водой - пока нагревание, кислород выделяется, и его можно заметить по выходящим из кончика трубки пузырькам, если же нагревание прекратить – прекращается и выделение пузырьков кислорода).
Демонстрационный опыт №7
Учитель. В пробирку с NH 4 CL хлоридом аммония добавить немного щелочи NaOH при нагревании. Попросить одного из учеников подойти и понюхать, выделяющийся аммиак. Предупредить ученика о резком запахе!
NH 4 CL +NaOH = NH 3 + HOH + NaCL
Ученик . Выделяется газ с резким запахом.
Учащиеся записывают в тетрадь признаки химических реакций.
Признаки химических реакций
Выделение (поглощение) тепла или света
Изменение цвета
Выделение газа
Выделение (растворение) осадка
Изменение запаха
Используя знания учащихся о химических реакциях, на основе проделанных демонстрационных опытов составляем таблицу условия возникновения и протекания химических реакций
Учитель. Вы изучили признаки химических реакций и условия их протекания. Индивидуальная работа по карточкам.
Какие из признаков характерны для химических реакций?
А) Образование осадка
Б) Изменение агрегатного состояния
В) Выделение газа
Г) Измельчение веществ
Заключительная часть
Учитель подводит итоги урока, анализируя полученные результаты. Выставляет оценки.
Домашнее задание
Приведите примеры химических явлений, которые встречаются в трудовой деятельности ваших родителей, в домашнем хозяйстве, в природе.
По учебнику О.С.Габриеляна «Химия -8 класс» § 26, упр. 3,6 с.96
Химические реакции, их свойства, типы, условия протекания и прочая, являются одним из краеугольных столпов интересной науки под названием химия. Попробуем же разобрать что такое химическая реакция, и какова ее роль. Итак, химической реакцией в химии принято считать превращение одного либо нескольких веществ, в другие вещества. При этом ядра у них не меняются (в отличие от реакций ядерных), зато происходит перераспределение электронов и ядер, и, разумеется, появляются новые химические элементы.
Химические реакции в природе и быту
Мы с вами окружены химическими реакциями, более того мы сами их регулярно осуществляем различными бытовыми действиями, когда например, зажигаем спичку. Особенно много химических реакций сами того не подозревая (а может и подозревая) делают повара, когда готовят еду.
Разумеется, и в природных условиях проходит множество химических реакций: извержение вулкана, листвы и деревьев, да что там говорить, практически любой биологический процесс можно отнести к примерам химических реакций.
Типы химических реакций
Все химические реакции можно условно разделить на простые и сложные. Простые химические реакции, в свою очередь, разделяются на:
- реакции соединения,
- реакции разложения,
- реакции замещения,
- реакции обмена.
Химическая реакция соединения
По весьма меткому определению великого химика Д. И. Менделеева реакция соединения имеет место быть когда «их двух веществ происходит одно». Примером химической реакции соединения может быть нагревание порошков железа и серы, при которой из них образуется сульфид железа — Fe+S=FeS. Другим ярким примеров этой реакции является горение простых веществ, таких как сера или фосфор на воздухе (пожалуй, подобную реакцию можно также назвать тепловой химической реакцией).
Химическая реакция разложения
Тут все просто, реакция разложения является противоположностью реакции соединения. При ней из одного вещества получается два или более веществ. Простым примером химической реакции разложения может быть реакция разложение мела, в ходе которой из собственно мела образуется негашеная известь и углекислый газ.
Химическая реакция замещения
Реакция замещения осуществляется при взаимодействии простого вещества со сложным. Приведем пример химической реакции замещения: если опустить стальной гвоздь в раствор с медным купоросом, то в ходе этого простого химического опыта мы получим железный купорос (железо вытеснит медь из соли). Уравнение такой химической реакции будет выглядеть так:
Fe+CuSO 4 → FeSO 4 +Cu
Химическая реакция обмена
Реакции обмена проходят исключительно между сложными химическими веществами, в ходе которых они меняются своими частями. Очень много таких реакций имеют место быть в различных растворах. Нейтрализация кислоты желчью – вот хороший пример химической реакции обмена.
NaOH+HCl→ NaCl+Н 2 О
Так выглядит химическое уравнение этой реакции, при ней ион водорода из соединения HCl обменивается ионом натрия из соединения NaOH. Следствием этой химической реакции является образование раствора поваренной соли.
Признаки химических реакций
По признакам протекания химических реакций можно судить прошла ли химическая реакция между реагентами или нет. Приведем примеры признаков химических реакций:
- Изменение цвета (светлое железо, к примеру, во влажном воздухе покрывается бурым налетом, как результат химической реакции взаимодействия железа и ).
- Выпадение осадка (если вдруг через известковый раствор пропустить углекислый газ, то получим выпадение белого нерастворимого осадка карбоната кальция).
- Выделение газа (если Вы капнете на пищевую соду лимонной кислотой, то получите выделение углекислого газа).
- Образование слабодиссоциированных веществ (все реакции, в результате которых образуется вода).
- Свечение раствора (примером тут могут служить реакции, происходящие с раствором люминола, излучающего при химических реакциях свет).
В целом, трудно выделить какие признаки химических реакций являются основными, для разных веществ и разных реакций характерны свои признаки.
Как определить признак химической реакции
Определить признак химической реакции можно визуально (при изменении цвета, свечении), или по результатам этой самой реакции.
Скорость химической реакции
Под скоростью химической реакции обычно понимают изменение количества одного из реагирующих веществ за единицу времени. Притом, скорость химической реакции всегда положительная величина. В 1865 году химиком Н. Н. Бекетовым был сформулирован закон действия масс гласящий, что «скорость химической реакции в каждый момент времени пропорциональна концентрациям реагентов, возведенным в степени, равные их стехиометрическим коэффициентам».
К факторам скорости химической реакции можно отнести:
- природу реагирующих веществ,
- наличие катализатора,
- температуру,
- давление,
- площадь поверхности реагирующих веществ.
Все они имеют самое прямое влияние на скорость протекания химической реакции.
Равновесие химической реакции
Химическим равновесием называют такое состояние химической системы, при котором протекает несколько химических реакций и скорости в каждой паре прямой и обратной реакции равны между собой. Таким образом, выделяется константа равновесия химической реакции – это та величина, которая определяет для данной химической реакции соотношение между термодинамическими активностями исходных веществ и продуктов в состоянии химического равновесия. Зная константу равновесия можно определить направление протекания химической реакции.
Условия возникновения химических реакций
Чтобы положить начало химических реакций, необходимо для этого создать соответствующие условия:
- приведение веществ в тесное соприкосновение.
- нагревание веществ до определенной температуры (температура химической реакции должна быть подходящей).
Тепловой эффект химической реакции
Так называют изменение внутренней энергии системы как результат протекания химической реакции и превращения исходных веществ (реактантов) в продукты реакции в количествах, соответствующих уравнению химической реакции при следующих условиях:
- единственно возможной работой при этом есть только лишь работа против внешнего давления.
- исходные вещества и продукты, полученные в результате химической реакции, имеют одинаковую температуру.
Химические реакции, видео
И в завершение интересно видео про самые удивительные химические реакции.
«Химические реакции. Признаки и условия их протекания»
Барышова И.В. ГОУ СОШ №1980. г Москва.
Задачи обучения. Сформировать знания о признаках и условиях протекания химических реакций, на этой основе усовершенствовать умение отличать физические процессы от химических.
Задачи развития. Совершенствовать умение объяснять зависимость протекания химических реакций от внешних условий.
Эксперимент. Плавление парафина, обугливание сахара, горение лучины, взаимодействие медного купороса с аммиаком, взаимодействие сульфата меди (II) и гидроксида натрия, взаимодействие растворов карбоната натрия и соляной кислоты, взаимодействие тиосульфата натрия с серной кислотой. Составление моделей молекул.
Планируемые результаты обучения. Учащиеся должны уметь на примерах конкретных химических реакций указывать условия их возникновения и дальнейшего протекания, а также признаки реакций.
Планируемые результаты развития. Учащиеся должны уметь объяснять связь между условиями и возможностью протекания химических реакций.
Ход урока.
Все изменения, происходящие с веществами в природе, называются явлениями . В природе происходят биологические, химические и физические явления. Но сегодня мы будем сравнивать химические и физические явления
В процессе демонстрации опытов (дробление кусочка сахара и обугливание сахара) выясняем сущность происходящих явлений и составляем таблицу.
Приведите свои примеры физических и химических явлений.
Химические явления называются химическими реакциями. Давайте смоделируем на атомно-молекулярном уровне химическую реакцию разложения воды.
Изготовление молекул воды и демонстрация химического явления (работа с моделями).
Для закрепления знаний проводим беседу с учащимися и отвечаем на вопросы.
Закружилась листва золотая
В розоватой воде на пруду.
Словно бабочек лёгкая стая с
Замираньем летит на звезду…
(С. Есенин).
Вопросы учителя:
1. О каком явлении в жизни растений говорится в стихах С. Есенина?
2. К физическим или химическим явлениям относится листопад?
3. С чем связано изменение цвета листьев деревьев осенью, какие явления физические или химические происходят при этом?
4. Какой пигмент обуславливает зелёную окраску листьев растений?
Для развития умений учащихся по самоконтролю знаний проводим тестированный контроль.
1. К химическим явлениям (в отличие от физических) относятся:
Сгорание бензина в двигателе автомобиля
Скисание молока
Таяние снега
Образование инея на деревьях.
Выпадение дождя
Извержение вулканов
Гниение растительных остатков
Ледоход на реке.
Образование осадка
Изменение агрегатного состояния
Выделение газа
Измельчение вещества.
Горение угля
Приготовление порошка из куска мела
Образование ржавчины
Свечение вольфрамовой нити в лампочке.
Для чего нам необходимо знать условия возникновения и условия протекания химических реакций?
Для того чтобы контролировать протекание химических реакций, иногда химическую реакцию необходимо прекратить, например, при пожаре мы стремимся прекратить реакцию горения.
О реакции горения мы будем говорить на следующем урок.
Завершает урок рефлексионо-оценочный этап.
Показ занимательного опыта «Вулкан»
В ходе этого урока научились работать с химической посудой, создавать модели молекул, различать химические и физические явления, знать условия возникновения и протекания реакций, делать выводы.
